книги / Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.-1
.pdfРис. 11.8 |
(к |
примеру |
11*7). |
|
у-Ш-К^Дж/кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для определения X на |
|
|
||||
ходим |
отношение |
давле |
|
|
||
ний конденсации и испаре |
|
|
||||
ния при нормальных усло |
|
|
||||
виях, |
т. |
е. |
отношение |
-20Q |
/\1>/420*Я?Йж/КГ |
|
давления |
р, соответствую |
|||||
щего температуре |
конден |
|
|
|||
сации 25 °С, и давления р0, |
|
|
||||
соответствующего температуре испарения —10 °С (табл. XLVIII)i
pjpQ= 1004/281 = 3,45.
Для этого отношения давлений X =0,82 (см. рис. 11.5). Аналогично определяем X', исходя из заданных рабочих усло
вий. Находим отношение давления р, соответствующего темпера туре конденсации 30 °С, и давления /?0, соответствующего темпе ратуре испарения —25 °С:
PlPo = U67/152 = 7,7.
Для этого отношения давлений X/ = 0,57 (см. рис. 11.5). Рабочая холодопроизводительность компрессора:
Q'o—Qu Qifa |
174 000 |
1440-103.0,57 |
62000 Вт = 62 кВт. |
2830-103-0,82 |
Пример 11.7. Определить размеры цилиндра а также действи тельную расходуемую мощность для одноступенчатого аммиачного компрессора простого действия, работающего на сухом ходу. Тре буемая холодопроизводительность 290 000 Вт при температуре ис парения —20 °С. Температура конденсации 25 °С, температура пе реохлаждения 20 °С. Определить также холодильный коэффициент установки.
На рис. 11.8 показан цикл, соответствующий заданным усло виям, в координатах Т—«S. Линия 1—2 — сжатие в компрессоре, 2—3' — охлаждение перегретого пара и конденсация, 3'—3 — переохлаждение жидкости, 3—4 — дросселирование, 4—1 — ис парение.
Р е ш е н и е . Значения удельных энтальпий аммиака в различ ных точках цикла находим на диаграмме Т—S (рис. XXVI).
Удельная холодопроизводительность аммиака:
q0 = it — iA (1420 — 276) 108 = 1144-103 Дж/кг.
Расход циркулирующего |
аммиака: |
|
c = s Qo |
290 000 |
= 0,254 кг/с. |
QÛ |
1144-10s |
|
Объемная холодопроизводительность аммиака! qv = O f p i *= 1144JO8»1,6 =s 1830-10 Дж/м3,
где pi = 1,6 кг/м8 — плотность засасываемого компрессором пара (табл, XLVII1).
димо сжать газовую смесь, чтобы при последующем охлаждении ее при постоянном давлении до 30 °С сконденсировалось 75% от содержащегося в воздухе четыреххлористого углерода.
Р е ш е н и е . Конденсация четыреххлористого углерода из га-* зовой смеси начнется тогда, когда его парциальное давление в смеси станет равным давлению насыщенного пара.
Парциальное давление четыреххлористого углерода в газовой смеси:
р = уП = 0,058-760 = 44 мм рт. ст.
По диаграмме зависимости давления насыщенного пара четы реххлористого углерода от температуры (рис. XXIV) находим, что давлению 44 мм рт. ст. соответствует температура 8 °С, при кото рой, следовательно, и начнется конденсация четыреххлористого углерода.
Определим давление П, до которого надо сжать исходную га зовую смесь, чтобы после охлаждения до 30 °С сконденсировалось 75% четыреххлористого углерода.
Из 5,8 моль четыреххлористого углерода, содержащихся в 100 моль исходной смеси, по условию должно остаться в газовой фазе после конденсации 5,8*0,25 = 1,45 моль. Общее число молей в газовой смеси после конденсации:
(100 — 5,8)+ 1,45 = 95,65.
Парциальное давление четыреххлористого углерода в газовой фазе над жидкостью равняется его давлению насыщенного пара при 30 °С и составляет 145 мм рт. ст. (рис. XXIV).
Общее давление смеси П найдем из пропорции!
1,45— 145 95,65 — П,
откуда
QCCCUC
п = *0,00 1?0_ в 9565 мм ст в 13 КГС/СМ2 e lf275 МПа
1,45
Пример 11.10. Определить по диаграмме Т—5 (рис. XXIX) процент образовавшегося жидкого воздуха после дросселирования
сжатого воздуха |
с 80 кгс/см2 и |
140 К до 1 кгс/см2 (~ 0,1 МПа). |
Р е ш е н и е . |
Находим точку |
пересечения изобары 80 кгс/см^ |
с изотермой 140 К и от этой точки по линии i = const опускаемся до пересечения с изобарой 1 кгс/см2 Беря отношение участка, ле жащего на изобаре 1 кгс/см2 справа от найденной точки до по граничной линии пара, ко всему отрезку между линией жидкости и линией пара при р = 1 кгс/см2, получаем, что жидкости в обра зовавшейся парожидкостной смеси содержится 33%.
Пример И Л Ь Определить, какое количество теплоты необхо димо отнять от 1 кг воздуха для сжижения его при атмосферном давлении и какую для этого необходимо затратить теоретически минимальную работу. Начальная температура воздуха 290 К.
Потери холода на 1 кг перерабатываемого воздуха определяем по формулам (11.24) и (11.25):
а) потери от недорекуперации *
tfaejt = cp At = 1,01 • 103-5 = 5,05-10» Дж/кг;
б) потери в окружающую среду
Чо. с = 4.19-10*/1,29 = 3,25-10* Дж/кг.
Суммарные потери:
9пот = (5,05 + 3,25) 10» = 8,3-10» Дж/кг.
Ожижаемую долю воздуха определяем по формуле (11.12))
(Il — (») — <?пот |
(36- 8,3)10» |
,067. |
fiOи 1ЛЗ |
||
it — it |
(510-92,1)10* |
|
Расход ожижаемого воздуха:
Сж = 200-0,067 = 13,4 кг/ч.
Затрачиваемую на валу компрессора мощность определяем по формуле (2.20):
N = 1,69Gcf>T In |
= |
1,69 |
|
200 |
287 |
0П01 200 |
с |
Pi |
|
W |
W |
298111— |
|
1fiq |
0,287 |
»298.2,3 lg 200 = |
42,5 кВт. |
|||
1о |
||||||
Удельный расход энергии на |
1 |
кг жидкого воздуха» |
||||
N уд = |
42,5/13,4 = |
3,16 кВт-ч/кг. |
||||
Пример 11.13. Определить расход перерабатываемого воздуха для получения 50 кг/ч жидкого воздуха и затрачиваемую при этом мощность, если ожижение ведется по циклу с предварительным (аммиачным) охлаждением воздуха до —35 ЬС. Давление сжатия 200 кгс/см2, дросселирование до 1 кгс/см2. Начальная температура воздуха .25 °С. Суммарные потери холода в окружающую среду и от недорекуперации принять в размере 8,8 кДж/кг.
Р е ш е н и е . Для определения удельных энтальпий восполь зуемся диаграммой Т—5 для воздуха (рис. XXIX).
Удельную холодопроизводительность цикла определяем по фор
муле |
(11.13): |
|
|
|
|
|
|
cf = i\ — /; = (449 — 386) iO3 = 63-10^ Дж/кг, |
|
||||
где i\ |
— удельная энтальпия воздуха прир = 1 кгс/см* и / » |
—35 °С; i'3 |
— удель |
|||
ная энгальпня воздуха при р — 200 кгс/см2 и / = —35 °С. |
|
|
||||
Ожижаемую |
долю воздуха |
определяем |
по |
формуле |
(11.14)» |
|
|
и __ |
(*i Д) — Чпот |
(63 — 8,8) 10» |
« |
|
|
|
v |
i\ — i'0 |
(449 — 92) 10s |
|
|
|
* Здесь не учитывается уменьшение обратного потока воздуха на количество ожиженного воздуха,
Для получения 50 кг/ч жидкого воздуха необходимо перераба тывать воздуха:
О = 50/0,153 = 327 кг/ч.
Количество теплоты, передаваемой в аммиачном теплообмен нике, определяем по формуле (11 15):
= д- _ q + у (/, _ /;) = |
63-10' — 36-10* + 0,153 (510— 449) 10» — |
|
= 36 10* Дж/кг, |
где q =* 36,0-10® Дж/кг и ij = |
510-10* Дж/кг (см. пример 11.12). |
Определяем мощность на валу воздушного компрессора:
N = 1,69Gc/? r In -В2- = 1,69 |
oWU |
287-298-2,3 g 200 = 69,5-10» Вт = 69,5 кВт. |
Р\ |
|
Мощность, потребляемая аммиачным компрессором!
36,0-327
= 2,11 кВт.
8540-0,66
Здесь 8540 кДж/(кВт-ч) — теоретическая удельная холодопроизводитеяьиость аммиачной холодильной установки при температуре испарения аммиака * —40°С [11.2]; 0,66— принятый общий к. п. д. аммиачного компрессора.
Общая расходуемая мощность:
JVp = 69,5 + 2,11 =71,61 кВт.
Удельный расход энергии на 1 кг жидкого воздуха!
Л'уд = 71,61/50 = 1,43 кВт-ч/кг.
Пример 11.14. Определить ожижаемую долю и удельный рас ход энергии при получении жидкого воздуха по схеме с цир куляцией воздуха под давлением. Высокое давление воздуха 200 кгс/см2, среднее давление 50 кгс/сма. Температура воздуха при входе в теплообменник 20 °С. Доля воздуха, дросселируемого до низкого давления, М = 0 ,3 . Суммарные потери холода от недорекуперации и в окружающую среду составляют 10,5 кДж на 1 м* воздуха (при нормальных условиях) высокого давления, посту пающего в установку.
Р е ш е н и е . На рис. 11.11 даны принципиальная схема уста новки с циркуляцией воздуха под давлением и изображение про цесса в координатах Т—S. Для определения удельных энтальпий воспользуемся диаграммой Т—5 для воздуха (рис. XXIX). Удель ную холодопроизводительность цикла определяем по формуле (11.16):
q = (<2 — (3) + М (i, — 12) = (494 — 467) 10» + 0 ,3 (505 — 494) 10» =
=30-10» Дж/кг.
*Температура —40 °С приня-а с учетом Af = а К между температурами воздуха и аммиака.
Ожижаемую долю у определяем по уравнению (H.17)i
У“ |
(*2 — W 4" М (ii — (2) — Чпот |
__ 30 |
-iO» (^»5- Ю9/1,29) « лео |
|
----------------- i7 = ^ -------------------- |
(505 |
— 92) Юз |
~ ° '053* |
|
Мощность на валу компрессора определяем по формулам!
лг = |
1,69 |
287-293.2,3 |
lg |
= 54,5 Вт; |
N" = |
1,69 |
287-293-2,3 |
lg-^p- = 46.l Вт; |
|
|
/V = |
(54,5 + 46,1)/1000 = |
0,1 кВт. |
|
Удельный расход энергии на 1 кг жидкого воздуха;
Л^уд = 0,1/0,053 = 1,89 кВт-ч/кг.
Пример 11.15. При получении жидкого воздуха с отдачей внешней работы в детандере по циклу среднего давления затра чивается мощность 110 Вт (на валу компрессора). Сколько по лучается килограммов жидкого воздуха в I ч, если известно, что воздух сжимается до 35 кгс/см2? В детандер отводится 80% от всего количества перерабатываемого воздуха; температура воз духа перед детандером —110°С, недорекуперация 5 °С. По1ери холода в окружающую среду (через изоляцию) 0,93 кВт. Принять, что работа, возвращаемая детандером на вал компрессора, со ставляет половину от теоретического (изоэнтропического) тепло-